TW201034375A - Piezoelectric oscillator manufacturing method, piezoelectric oscillator, oscillator, electronic device, and radio clock - Google Patents
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Description
201034375 六、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關在所被接合的2片基板之間形成的空腔 内密封有壓電振動片之表面安裝型(SMD )的壓電振動子 的製造方法、及藉由此製造方法所製造的壓電振動子、具 有此壓電振動子的振盪器、電子機器及電波時鐘。 φ 【先前技術】 近年來,在行動電話或攜帶型資訊終端機器中是使用 利用水晶等的壓電振動子作爲時刻源或控制訊號的時序源 、參考訊號源等。此種的壓電振動子有各式各樣者爲人所 知’其一是有表面安裝型的壓電振動子爲人所知。此種的 壓電振動子,一般有3層構造型態者爲人所知,其係以基 底基板與蓋體基板來從上下夾入形成有壓電振動片的壓電 基板而接合者。此情況,壓電振動子是被收容於基底基板 φ 與蓋體基板之間所形成的空腔(密閉室)内。 並且,近年來非上述3層構造型態,2層構造型態者也 被開發。此型態的壓電振動子是在基底基板與蓋體基板直 接接合下形成2層構造,在形成於兩基板之間的空腔内收 容有壓電振動片。 此2層構造型態的壓電振動子與3層構造者作比較,可 謀求薄型化等的點較佳,適於使用。 可是,在製造此2層構造型態的壓電振動子時,有利 用形成於蓋體基板的下面(接合面)的接合膜來陽極接合 -5- 201034375 基底基板與蓋體基板的方法爲人所知。具體而言,例如將 以能夠夾入接合膜的方式疊合的兩基板設定於陽極接合裝 置的電極板上,在接合膜與電極板之間施加預定的接合電 壓。藉此,可使在接合膜與基底基板的界面產生電氣化學 性的反應,其結果,接合膜與基底基板會彼此牢固地密合 ,基底基板與蓋體基板會被陽極接合。
此種的壓電振動子,有下記專利文獻1所示的構成爲 人所知。 此壓電振動子是具備: 密閉容器,其係板狀的蓋構件(蓋體基板)與基底構 件(基底基板)會被疊合於厚度方向來構成; 壓電振動片,其係設於此密閉容器之中; 拉出電極,其係設於蓋構件的疊合面(接合面),且 經由連接部來電性連接至壓電振動片,使連接部往蓋構件 的疊合面的緣部延伸; ❹ 外部電極,其係從密閉容器的側面電性連接至拉出電 極;及 接合膜,其係設於蓋構件的疊合面與基底構件的疊合 面之間,由金屬或矽所構成。 而且,此壓電振動子是在蓋構件的疊合面與基底構件 的叠合面之間的其中,至少拉出電極與接合膜之間設有絕 緣膜。 若利用如此構成的壓電振動子,則拉出電極與接合膜 會藉由絕緣膜來電性切離,因此防止拉出電極彼此間導通 -6- 201034375 ,可經由外部電極來施加於壓電振動片。 [專利文獻Π特開2007-891 17號公報 【發明內容】 (發明所欲解決的課題) 然而,就上述以往的壓電振動子及其製造方法而言, 尙留有以下的課題。 φ 首先,雖藉由光蝕刻微影(Photolithography )來形成 使用於陽極接合的接合膜,但由於此光蝕刻微影的實施所 要的裝置高價,所以爲了藉由陽極接合來接合蓋構件與基 底構件,會有費用的問題。 其次,必須在拉出電極與接合膜之間設置絕緣膜,會 有費事的問題。而且,爲了進行確實的陽極接合,較理想 是上述絕緣膜的表面爲平坦,因此爲了使絕緣膜平坦化, 會有更費事的問題。 • 本發明是有鑑於上述情事而硏發者,其目的是在於提 供一種可以低成本且容易製造之2層構造型態的表面安裝 型的壓電振動子、及此壓電振動子的製造方法。又,提供 一種具有此壓電振動子的振盪器、電子機器及電波時鐘。 (用以解決課題的手段) 本發明爲了達成解決上述課題的目的,而提供以下的 手段。 (1)本發明爲一種壓電振動子的製造方法,該壓電 201034375 振動子係具備: 封裝’其係以第1基板與第2基板能夠在之間形成空腔 的方式疊合而構成; 拉出電極’其係於上述第1基板,以能夠從上述空腔 内拉出至上述第1基板的外緣之方式形成; 壓電振動片’其係被密封於上述空腔内,且在上述空 腔内電性連接至上述拉出電極; 外部電極’其係形成於上述封裝的外表面,在上述空 腔的外部電性連接至上述拉出電極, 其特徵係具備: 接合膜形成工程,其係於上述第1基板與上述第2基板 的至少一方’以低融點玻璃來形成接合兩基板的接合膜: 安裝工程,其係將上述壓電振動片電性連接至形成於 上述第1基板的上述拉出電極;及 接合工程,其係一邊將上述接合膜加熱至預定的接合 溫度,一邊以能夠夾入上述接合膜的方式疊合上述第1基 板與上述第2基板,經由上述接合膜來接合兩基板。 若根據上述製造方法,則在接合膜形成工程中,可用 低融點玻璃來形成接合膜。因此,可例如使用網版印刷等 來形成接合膜,在形成接合膜的過程中不需要利用於以往 技術之光蝕刻微影所需要的高價裝置,因此可以低成本來 製造壓電振動子。 並且,在接合工程中,一邊將接合膜加熱至接合溫度 ,一邊以能夠夾入接合膜的方式來疊合第1基板與第2基板 -8 - 201034375 ,藉此經由接合膜來接合兩基板。亦即,與藉由陽極接合 來接合兩基板時不同,因爲不對接合膜施加電壓來接合兩 基板,所以不必在接合膜與拉出電極之間設置絕緣膜。因 此,與以往的技術那樣形成絕緣膜時作比較,可容易製造 壓電振動子。 (2)在上述安裝工程時,亦可藉由金凸塊來將上述 壓電振動片予以凸塊接合於上述拉出電極。 φ 此情況,壓電振動片與拉出電極是藉由金凸塊來凸塊 接合,所以可使兩者間的導通成爲確實者,可製造高品質 的壓電振動子。而且,與以往利用於壓電振動片的安裝之 導電性黏合劑等相較,因爲金融點高,所以即使在接合工 程中將接合膜加熱於接合溫度時,也不受此加熱所產生的 影響,可確實地支撐壓電振動片,進而能夠製造更高品質 的壓電振動子。 (3 )可更具備: φ 投入工程,其係於上述接合膜形成工程及上述安裝工 程後’將上述第1基板及上述第2基板投入可控制内部的壓 力之真空室; 加熱工程,其係於上述接合膜形成工程及上述安裝工 程後,加熱上述接合膜;及 減壓工程,其係於上述投入工程後,將上述真空室的 内部減壓, 並且’使上述接合工程在上述加熱工程及上述減壓工 程後實施於上述真空室的内部。 -9 - 201034375 通常,在低融點玻璃内含有機物或水分等,因此在加 熱接合膜之下’接合膜内的有機物或水分等可作爲放氣來 放出至外部。 此情況,在加熱工程將接合膜加熱至比接合溫度更高 溫,因此可使在接合膜被加熱至接合溫度時從接合膜放出 的放氣預先在加熱工程中被放出。所以,可將在加熱工程 後實施的接合工程中從接合膜放出的放氣控制到極微量。 根據以上,可抑制因從接合膜放出的放氣造成空腔内 的真空度降低,進而能夠使壓電振動子的品質提升。 另外,像以往的技術那樣藉由陽極接合來接合兩基板 時,在陽極接合的過程中,接合膜與基板的界面電氣化學 性反應時,會產生以氧爲主的反應氣體,因此難以在接合 前預先使接合時所被放出的反應氣體放出。所以,難以避 免因接合而空腔内的真空度降低,對壓電振動子的品質造 成影響。此影響,例如可舉,空腔内的真空度會降低,藉 此壓電振動子的等效電阻値會増加,爲了使壓電振動子作 動’需要高電力’其結果,壓電振動子的能量效率會降低 等。 並且’將減壓工程實施於加熱工程後時,假設在投入 工程後實施加熱工程之下,即使放氣被放出於真空室内’ 還是可從真空室的内部去除此放氣,可更確實地發揮前述 的作用效果。 (4)上述接合溫度可爲3〇(TC以上。 此情況’由於上述接合溫度爲3 〇 〇。(:以上,因此以藉 201034375 由此製造方法所製造的壓電振動子作爲一零件來安裝於_ 他的製品時,即使例如因採用回流方式等而伴隨加熱時, 還是可抑制產生放氣。藉此,在壓電振動子的安裝時,$ 確實地抑制壓電振動子的品質降低。 (5) 又,本發明爲一種壓電振動子,係具備: 封裝,其係以第1基板與第2基板能夠在之間形成空腔 的方式疊合而構成; φ 拉出電極,其係於上述第1基板,以能夠從上述空腔 内拉出至上述第1基板的外緣之方式形成; 壓電振動片,其係被密封於上述空腔内,且在上述g 腔内電性連接至上述拉出電極; 外部電極,其係形成於上述封裝的外表面,在上述空 腔的外部電性連接至上述拉出電極, 其特徵爲:上述第1基板與上述第2基板係經由低融點 玻璃所構成的接合膜來接合。 φ 若利用上述壓電振動子,則因爲接合膜是由低融點玻 璃所構成,所以可不使用光蝕刻微影所需要的高價裝置來 形成接合膜,可以低成本來製造。並且,與以往的技術那 樣在接合膜與拉出電極之間形成絕緣膜時作比較,可容易 製造。 (6) 上述壓電振動片可藉由金凸塊來凸塊接合於上 述拉出電極。 此情況,因爲壓電振動片與拉出電極是藉由金凸塊來 凸塊接合,所以可使兩者間的導通成爲確實者,可成爲高 -11 - 201034375 品質的壓電振動子。而且,與以往利用於壓電振動片的安 裝之導電性黏合劑等作比較,由於金融點高,所以即使加 熱接合膜時,也不受此加熱所產生的影響,來支撐壓電振 動片,可成爲更高品質的壓電振動子。 (7) 上述接合膜可在接合上述第1基板與上述第2基 板時被加熱至預定的接合溫度,且在上述接合之前被加熱 至比上述接合溫度更高溫來形成。 此情況,因爲接合膜在第1基板與第2基板的接合之前 被加熱至比接合溫度更高溫,所以可預先使在接合膜被加 熱至接合溫度時從接合膜放出的放氣放出。因此,在兩基 板的接合時可抑止從接合膜放出放氣,可抑制空腔内的真 空度降低,進而能夠使壓電振動子的品質提升。 (8) 又,本發明係一種振盪器,其特徵爲: 上述(5)〜(7)的其中任一項所記載的壓電振動子 係作爲振盪子來電性連接至積體電路。 (9) 又,本發明係一種電子機器,其特徵爲:上述 (5)〜(7)的其中任一項所記載的壓電振動子係被電性 連接至計時部。 (10) 又,本發明係一種電波時鐘,其特徵爲:上述 (5 )〜(7 )的其中任一項所記載的壓電振動子係被電性 連接至濾波器部。 若利用上述振盪器、電波時鐘及電子機器,則因爲具 有低成本且可容易製造的壓電振動子,所以可謀求低成本 化。 -12- 201034375 [發明的效果] 若根據本發明的壓電振動子的製造方法,則可以低成 本且容易製造壓電振動子。 又,若根據本發明的壓電振動子,則可低成本且容易 製造。 又,若根據具有此壓電振動子的振盪器、電子機器及 φ 電波時鐘,則可謀求低成本化。 【實施方式】 (壓電振動子) 以下,參照圖面來説明本發明的壓電振動子之一實施 形態。圖1是表示本發明的壓電振動子之一實施形態的外 觀立體圖。圖2是圖1所示的壓電振動子的縱剖面圖。 如圖1及圖2所示,本實施形態的壓電振動子1是具備 封裝4,其係以蓋體基板(第1基板)2與基底基板( 第2基板)3能夠在之間形成空腔C的方式疊合而構成; 拉出電極5、6,其係於蓋體基板2,以能夠從空腔C内 拉出至蓋體基板2的外緣之方式形成; 壓電振動片7,其係被密封於空腔C内,且在空腔C内 電性連接至拉出電極5、6;及 外部電極8、9,其係被形成於封裝4的外表面,在空 腔C的外部被電性連接至拉出電極5、6。 -13- 201034375 圖3是構成圖1所示的壓電振動子之壓電振動片的上面 圖。圖4是圖3所示的壓電振動片的下面圖。圖5是圖3所示 的剖面箭號A-A圖。 如圖3〜圖5所示,壓電振動片7是由水晶、钽酸鋰或 鈮酸鋰等壓電材料所形成的音叉型的振動片,在被施加預 定電壓時振動者。 此壓電振動片7是具有: 一對的振動腕部10、11,其係被平行配置; 基部12,其係一體固定此一對的振動腕部1〇、11的基 端側; 激發電極15,其係形成於一對的振動腕部1〇、11的外 表面上,使一對的振動腕部10、11振動,由第1激發電極 13與第2激發電極14所構成;及 安裝電極16,17,其係電性連接至第1激發電極13及 第2激發電極14。 並且,壓電振動片7是在一對的振動腕部1〇、11的兩 主面上,具備沿著此振動腕部10、11的長度方向來分別形 成的溝部18。此溝部18是從振動腕部10、11的基端側形成 至大略中間附近。 由第1激發電極13及第2激發電極14所構成的激發電極 15是使一對的振動腕部10、11在彼此接近或離間的方向以 預定的共振頻率來振動的電極,且在一對的振動腕部10、 1 1的外表面,在分別被電性切離的狀態下被圖案化。具體 而言,第1激發電極13是主要形成於一方的振動腕部10的 -14- 201034375 溝部18上及另一方的振動腕部11的兩側面上,第2激發電 極14是主要形成於一方的振動腕部10的兩側面上及另一方 的振動腕部11的溝部18上。 並且,第1激發電極13及第2激發電極14是在基部12的 兩主面上,分別經由繞拉電極19,2 0來電性連接至安裝電 極16,17。然後壓電振動片7是形成可經由此安裝電極16 ,17來施加電壓。另外,上述激發電極15、安裝電極16, φ 17及繞拉電極19,20是例如藉由鉻(Cr )、鎳(Ni )、鋁 (A1 )或鈦(Ti )等的導電性膜的被膜所形成者。 而且,在一對的振動腕部10、11的前端被覆有用以進 行質量調整(頻率調整)的配重金屬膜(第1質量調整膜 )21,使本身的振動狀態能夠在預定的頻率範圍内振動。 另外,此配重金屬膜21是被分成:粗調頻率時使用的粗調 膜21a、及微調時使用的微調膜21b。利用該等粗調膜21a 及微調膜21b來進行頻率調整下,可將一對的振動腕部1〇 φ 、11的頻率收於裝置的標稱頻率的範圍内。 如此構成的壓電振動片7是如圖2所示,在蓋體基板2 的上面所被圖案化的拉出電極5、6上形成的2個金凸塊B上 ,在一對的安裝電極16,17分別接觸的狀態下被凸塊接合 。藉此,壓電振動片7是在從基底基板2的上面浮起的狀態 下被支持,且安裝電極16,17與拉出電極5、6分別形成電 性連接的狀態。 如圖1及圖2所示,基底基板3是由玻璃材料,例如鈉 鈣玻璃所構成的透明絕緣基板,形成板狀。而且,在接合 -15- 201034375 蓋體基板2的接合面側形成有收容壓電振動片7的矩形狀的 凹部3a。此凹部3a,如圖2所示,當兩基板2、3疊合時, 爲形成收容壓電振動片7的空腔C之空腔用的凹部。又,如 圖1及圖2所示,在基底基板3的四個角落’各個上面視1/4 圓弧狀的缺口部3b會被形成於此基底基板3的厚度方向的 全域。 而且,基底基板3是在使凹部3a對向於蓋體基板2側的 狀態下對此蓋體基板2接合。 @ 圖6是圖1所示的壓電振動子的内部構成圖,由下方來 看只形成有拉出電極的蓋體基板的圖。 如圖1、圖2及圖6所示,蓋體基板2是由玻璃材料、例 如鈉鈣玻璃所構成的透明絕緣基板,形成可對基底基板3 疊合的大小的板狀。而且,在接合基底基板3的接合面側 形成有上述拉出電極5、6。 如圖6所示,在本實施形態,拉出電極5、6是被形成 一對,第1拉出電極5與第2拉出電極6是被電性切離。圖示 ⑬ 的例子是在各拉出電極5、6設有與壓電振動片7的一方的 安裝電極16或另一方的安裝電極17的其中任一方電性連接 的連接部分5a、6a。就本實施形態而言,是在第1拉出電 極5的連接部分5a連接壓電振動片7的一方的安裝電極16, 在第2拉出電極6的連接部分6a連接壓電振動片7的另一方 的安裝電極17。兩連接部分5a、6a是在蓋體基板2的短邊 寬度方向D1取間隔,且設成可收於空腔C内。 並且,在本實施形態,第1拉出電極5是從其連接部分 -16- 201034375 5 a拉出至蓋體基板2的長邊寬度方向D2的一端側的外緣部 ,第2拉出電極6是從其連接部分6a拉出至蓋體基板2的長 邊寬度方向D2的另一端側的外緣部。而且,在各拉出電極 5、6忠位於長邊寬度方向D2的外緣部的外緣部分5b、6b是 形成於蓋體基板2的外緣部之短邊寬度方向D1的全域,形 成平面視矩形狀。並且,就圖示的例子而言,各外緣部分 5b、6b的上述長邊寬度方向D2的大小W是形成比基底基板 φ 3的缺口部3b的半徑(曲率半徑)的大小更大。 另外,拉出電極5、6是例如以鉻作爲下層,以金作爲 上層之二層構造的電極膜所構成。 如圖1及圖2所示,在本實施形態,外部電極8、9是在 基底基板3的外表面被形成一對,第1外部電極8與第2外部 電極9是被電性切離。就圖示的例子而言,各外部電極8、 9是從基底基板3的底面來形成於基底基板3的長邊寬度方 向D2的側面。並且,第1外部電極8是經由基底基板3的長 # 邊寬度方向D2的一端側所形成的2個缺口部3b的内周面來 電性連接至形成於蓋體基板2的第1拉出電極5。又,第2外 部電極9是經由基底基板3的長邊寬度方向D2的另一端側所 形成的剩下的2個缺口部3b的内周面來電性連接至形成於 蓋體基板2的第2拉出電極6。 而且,在本實施形態,如圖1及圖2所示,基底基板3 與蓋體基板2是經由低融點玻璃所構成的接合膜35來接合 。圖7是圖1所示的壓電振動子的内部構成圖,由下方來看 蓋體基板的圖 -17- 201034375 如圖7所示,在本實施形態,接合膜35是形成於蓋體 基板2。就圖示的例子而言,接合膜35是以能夠包圍形成 於基底基板3的凹部3 a的周圍之方式沿著蓋體基板2的周緣 來形成。 並且,在本實施形態,接合膜35是在接合基底基板3 與蓋體基板2時被加熱至預定的接合溫度T,且在上述接合 之前加熱至比接合溫度T更高溫。有關此點會在製造方法 的説明時詳述。 並且,在位於蓋體基板2的四角落的部分未形成有接 合膜35,在上述部分是拉出電極5、6會露出。此拉出電極 5、6露出的露出部分5c、6c是與基底基板3的缺口部3b平 面視形成同形同大,藉由在上述露出部分5c、6c連接外部 電極8、9,可電性連接外部電極8、9與拉出電極5、6。 藉由如此形成拉出電極5、6、接合膜35及外部電極8 、9,可一面使利用接合膜35之基底基板3與蓋體基板2的 接合成爲確實者,一面確實地確保外部電極8、9與拉出電 極5、6的導通。 在使如此構成的壓電振動子1作動時,是對形成於基 底基板3的外部電極8、9施加預定的驅動電壓。藉此,可 對由壓電振動片7的第1激發電極13及第2激發電極14所構 成的激發電極15流動電流,可使一對的振動腕部10、11在 接近•離間的方向以預定的頻率振動。然後,可利用此一 對的振動腕部1 〇、1 1的振動作爲時刻源、控制訊號的時序 源或參考訊號源等利用。 -18- 201034375 (壓電振動子的製造方法) 圖8是製造圖1所示的壓電振動子之製造方法的流程圖 。圖9是利用於本發明的壓電振動子的製造方法之基底基 板用晶圓的平面圖。 其次,參照圖8所示的流程圖在以下說明有關一次製 造複數個上述的壓電振動子1之製造方法。另外,在本實 φ 施形態,如圖9所示’利用各個之後形成蓋體基板2及基底 基板3的蓋體基板用晶圓40及基底基板用晶圓50來製造壓 電振動子1。兩晶圓40、50的平面視形狀是形成圓板的周 緣部的一部分被切掉的形狀。兩晶圓40、50皆是例如可將 鈉鈣玻璃硏磨加工至預定的厚度而洗淨後,藉由蝕刻等來 除去最表面的加工變質層而形成。又,本發明之壓電振動 子的製造方法並非限於利用以下所説明的蓋體基板用晶圓 40、基底基板用晶圓50,例如亦可使用預先使尺寸配合壓 # 電振動子1的基底基板3及蓋體基板2的外形之晶片狀者’ 一次僅製造一個。 首先,進行壓電振動片製作工程’製作圖3〜圖5所示 的壓電振動片7(S10)。並且,在製作壓電振動片7之後 ,進行共振頻率的粗調。這是在對配重金屬膜21的粗調膜 21a照射雷射光而使一部分蒸發’使重量變化下進行。另 外,有關將共振頻率更高精度調整的微調是在安裝後進行 。有關於此會往後説明。 圖10是表示沿著圖8所示的流程圖來製造壓電振動子 19· 201034375 時之一工程的圖,顯示在基底基板用晶圓形成凹部及通孔 的狀態的部分擴大圖。另外,圖1 〇所示的點線Μ是表示以 之後進行的切斷工程所切斷的切斷線 其次,如圖1 〇所示,其次,進行第1晶圓製作工程( S20),其係以和上述工程同時或前後的時序,將基底基 板用晶圓50製作至即將進行接合之前的狀態。首先,如前 述般,由鈉鈣玻璃形成基底基板用晶圓50 ( S21 )。其次 ,進行凹部形成工程(S22 ),其係於基底基板用晶圓50 0 的接合面,藉由蝕刻等在行列方向形成複數個空腔C用的 凹部3a。其次,以預定的大小來包圍各凹部3a的方式,在 基底基板用晶圓50中對應於各凹部3a的四個角落的位置, 藉由噴沙等來形成貫通基底基板用晶圓50於厚度方向的通 孔3c ( S23 )。亦即,形成以之後切斷的上述切斷線Μ的各 交點爲中心的通孔3c。這是之後形成基底基板3的缺口部 3b者。
在此時間點,完成第1晶圓製作工程。 Q 圖11是表示沿著圖8所示的流程圖來製造壓電振動子 時之一工程的圖,顯示在蓋體基板用晶圓形成拉出電極及 接合膜的狀態的部分擴大圖。另外,圖11所示的點線Μ是 表示以之後進行的切斷工程所切斷的切斷線Μ。 其次,如圖1 1所示,進行第2晶圓製作工程(S30 ), 其係以和上述工程同時或前後的時序,將蓋體基板用晶圓 40製作至即將進行接合之前的狀態。首先,如前述般,由 鈉鈣玻璃形成蓋體基板用晶圓40 ( S3 1 )。其次’進行拉 -20- 201034375 出電極形成工程(S32),其係於蓋體基板用晶圓40的上 面使導電性材料圖案化,而形成拉出電極5、6。其次,進 行接合膜形成工程(S33 ),其係於蓋體基板用晶圓40的 上面以低融點玻璃形成接合膜3 5。此時,例如常溫下以網 版印刷等在蓋體基板用晶圓40的上面印刷凝膠狀的低融點 玻璃之後,燒結而凝固,徐冷至常溫,藉此形成接合膜35 。在此時間點,完成第2晶圓製作工程。 φ 其次,進行安裝工程(S40),其係將製作後的複數 個壓電振動片7分別經由拉出電極5、6來接合於蓋體基板 用晶圓40的上面。此時,首先在一對的拉出電極5、6上分 別形成金凸塊B。然後,將壓電振動片7的基部12載置於金 凸塊B上之後,一邊將金凸塊B加熱至預定溫度,一邊將壓 電振動片7推擠於金凸塊B。藉此,壓電振動片7會被金凸 塊B機械性地支撐,而形成從蓋體基板用晶圓40的上面浮 起的狀態,且形成電性連接安裝電極16,17與拉出電極5 籲 、6的狀態。 圖12是表示沿著圖8所示的流程圖來製造壓電振動子 時之一工程的圖,顯示在真空室内投入基底基板用晶圓及 蓋體基板用晶圓的狀態的圖。另外,在圖12及之後所示的 圖13,爲了容易看圖,不是以晶圓狀,而是以被小片化的 狀態來顯示基底基板用晶圓50及蓋體基板用晶圓40。 其次,如圖12所示,進行投入工程(S45 ),其係將 基底基板用晶圓50及蓋體基板用晶圓40投入可控制内部的 壓力之真空室V。 -21 - 201034375 其次,進行加熱工程(S50) ’其係將接合膜35加熱 至比接合溫度T更高溫。在此,所謂接合溫度T是在後述的 接合工程(S70)中加熱接合膜35的溫度’在本實施形態 ,接合溫度T是3 00°C。亦即’在加熱工程中是一定時間加 熱接合膜35至比300 °C更高溫。另外’所謂加熱接合膜35 並非限於只加熱接合膜35時’還包含與形成有接合膜35的 蓋體基板用晶圓40—起加熱接合膜35時。 又,本實施形態是在真空室V具有對向設置且彼此可 q 接近及離間的一對晶圓把持手段(未圖示)。而且,在將 基底基板用晶圓50及蓋體基板用晶圓40投入真空室V時’ 如圖12所示,在各晶圓40、50的上面對向且兩晶圓4〇、50 離間的狀態下,將各個的晶圓40、50設定於各晶圓把持手 段。另外,此時,亦可在例如以未圖示的基準標記等作爲 指標來對準的狀態下將各晶圓40、50設定於晶圓把持手段 〇 在此,通常在低融點玻璃内含有機物或水分等’因此 0 在加熱接合膜35之下,接合膜35内的有機物或水分等會當 作放氣來放出至外部。在此加熱工程中’因爲是將接合膜 35加熱至比接合溫度T更高溫,所以在接合膜35被加熱至 接合溫度T時可使從接合膜35放出的放氣預先放出。 其次,進行減壓工程(S60 ),其係將真空室V的内部 減壓。本實施形態是在真空室V設有可控制真空室V内部 的壓力之真空泵VI,藉由此真空泵VI來將真空室V的内部 予以減壓。藉此,在加熱工程中所被放出的放氣會從真空 •22- 201034375 室V的内部去除。 圖13是表示沿著圖8所7K的流程圖來製造壓電振動子 時之一工程的圖,顯示在真空室内接合基底基板用晶圓及 蓋體基板用晶圓的狀態的圖。 其次,如圖1 3所示,進行接合工程(S 70 ),其係於 減壓工程後在真空室V的内部’經由接合膜35來接合基底 基板用晶圓50及蓋體基板用晶圓40°此時’本實施形態是 參一邊將接合膜35加熱至接合溫度T的300°C ’ 一邊使上述晶 圓把持手段彼此接近,而以能夠夾入接合膜35的方式疊合 基底基板用晶圓50與蓋體基板用晶圓40。更藉由上述晶圓 把持手段,以使兩晶圓4〇、5 0能夠彼此夾入接合膜35的方 式一邊加壓一邊進行。而且,爲了兩晶圓40、50的確實接 合,將接合膜35的接合溫度T的加熱及兩晶圓40、50的加 壓維持一定時間。 藉此,兩晶圓40、50會被接合,可將被安裝於蓋體基 Φ 板用晶圓40的壓電振動片7密封於兩晶圓40、50之間所形 成的空腔C内,可取得接合蓋體基板用晶圓40與基底基板 用晶圓5〇的晶圓體60。另外,上述一定時間可依接合溫度 T、加壓兩晶圓40、50的力量、及作爲接合膜35使用之低 融點玻璃的變形點等來適當地變更。 其次,進行外部電極形成工程(S80),其係從真空 室V取出晶圓體60 ’形成複數個外部電極8、9。此時,例 如在基底基板用晶圓50利用金屬遮罩等作爲遮罩,藉由濺 射或蒸鍍等來形成成爲第1外部電極8及第2外部電極9的金 -23- 201034375 屬膜。藉由此工程,可從外部電極8、9經由拉出電極5、6 來使密封於空腔C内的壓電振動片7作動。 其次,進行切斷工程(S90),其係沿著切斷線Μ來 切斷晶圓體60而使小片化(S90)。藉由此切斷工程,通 孔3c會被4分割,形成1/4圓弧狀的缺口部3b。 其結果’可一次製造複數個圖1所示的2層構造式表面 安裝型的壓電振動子1’其係於被互相接合的蓋體基板2與 基底基板3之間所形成的空腔C内密封壓電振動片7。 其次,進行微調工程(S1 00),其係微調各個壓電振 動子1的頻率,而收於預定的範圍内(S100)。亦即,通 過由透明體的玻璃所構成的蓋體基板2及基底基板3來從外 部照射雷射光,而使在一對的振動腕部10、11的前端所形 成的配重金屬膜21的微調膜21b蒸發。藉此,一對的振動 腕部10、11的前端側的重量會變化,因此可將壓電振動子 1的頻率微調成收於標稱頻率的預定範圍内。 然後,進行内部的電氣特性檢査(S100)。亦即,測 定壓電振動片7的共振頻率、共振電阻値、驅動電平特性 (共振頻率及共振電阻値的激發電力依存性)等而檢査。 並且,一併檢查絕緣電阻特性等。然後,最後進行壓電振 動子1的外觀檢査,而最終檢查尺寸或品質等。藉此完成 壓電振動子1的製造。 如以上所示,在本實施形態的壓電振動子的製造方法 中,是在接合膜形成工程中,以低融點玻璃來形成接合膜 3 5。因此,如前述般例如可以網版印刷等來形成接合膜3 5 -24- 201034375 ,在形成接合膜35的過程中不需要利用於以往技術之蝕刻 微影所需要的高價裝置,因此可以低成本來製造壓電振動 子1 〇 並且,在接合工程中,一邊將接合膜35加熱至接合溫 度T,一邊以能夠夾入接合膜35的方式使基底基板用晶圓 50與蓋體基板用晶圓40疊合,藉此經由接合膜35來接合兩 晶圓40、50。亦即,與藉由陽極接合來接合兩晶圓40、50 φ 時不同,不用對接合膜35施加電壓來接合兩晶圓40、50, 因此不必在接合膜3 5與拉出電極5、6之間設置絕緣膜。所 以,與以往技術那樣形成絕緣膜時作比較,可容易製造壓 電振動子1。 又,由於壓電振動片7與拉出電極5、6是藉由金凸塊B 來凸塊接合,因此可使兩者間的導通成爲確實者,可製造 高品質的壓電振動子1。而且,與以往利用於壓電振動片7 的安裝之導電性黏合劑等作比較,由於金融點高,所以即 Φ 使在接合工程中將接合膜35加熱至接合溫度T時,及在加 熱工程中將接合膜35加熱至比接合溫度T更高溫時,也不 受此加熱所產生的影響,可確實地支撐壓電振動片7,進 而能夠製造更高品質的壓電振動子1。 並且,在減壓工程後在真空室V的内部實施接合工程 ,亦即在加熱工程後實施。因此,在接合工程中可將從接 合膜3 5放出的放氣控制到極微量,所以可抑制從接合膜3 5 放出的放氣造成空腔C内的真空度降低’進而能夠使壓電 振動子1的品質更爲提升。 -25- 201034375 又,由於接合工程的接合溫度T爲300°c以上,所以在 將藉由此製造方法所製造的壓電振動子1作爲一零件來安 裝於其他的製品時,即使因例如採用回流方式等而伴隨加 熱,還是可抑制產生放氣。藉此,在壓電振動子1的安裝 時,可確實地抑制壓電振動子1的品質降低。 (振盪器) 其次,一邊參照圖14 一邊説明有關本發明的振盪器之 Q 一實施形態。圖14是表示具備壓電振動子1之振盪器的構 成圖。 本實施形態的振盪器1 〇〇,如圖1 4所示,以壓電振動 子1爲構成電性連接至積體電路101的振盪子。此振盪器 100是具備有安裝有電容器等電子零件102的基板103。在 基板103是安裝有振盪器用的上述積體電路101,在該積體 電路101的附近安裝有壓電振動子1。該等電子零件102' 積體電路101及壓電振動子1是藉由未圖示的配線圖案來分 0 別電性連接。另外,各構成零件是藉由未圖示的樹脂來予 以模製。 在如此構成的振盪器100中,若對壓電振動子1施加電 壓,則此壓電振動子1內的壓電振動片7會振動。此振動是 根據壓電振動片7所具有的壓電特性來變換成電氣訊號, 作爲電氣訊號而被輸入至積體電路101。所被輸入的電氣 訊號是藉由積體電路101來作各種處理’作爲頻率訊號輸 出。藉此,壓電振動子1具有作爲振盪子的功能。 -26- 201034375 並且’將積體電路101的構成按照要求來選擇性地設 定例如RTC ( real time clock,即時時脈)模組等,藉此除 了時鐘用單功能振盪器等以外,可附加控制該機器或外部 機器的動作日或時刻,或提供時刻或日曆等的功能。 如上述般,若利用本實施形態的振盪器1 00,則因爲 具備被低成本化的壓電振動子1,所以振盪器10 0本身也被 低成本化。 ❹ (電子機器) 其次,參照圖1 5說明本發明之電子機器之一實施形態 。另外,電子機器是以具有上述的壓電振動子1之攜帶式 資訊機器1 10爲例進行說明。 首先,本實施形態之攜帶式資訊機器110是例如以行 動電話爲代表,將以往技術的手錶加以發展、改良者。外 觀類似手錶,在相當於文字盤的部分配置液晶顯示器,可 Φ 使該畫面上顯示目前時刻等。此外,當作通訊機器加以利 用時,是由手腕卸下,藉由內建在錶帶(band)的內側部 分的揚聲器及麥克風,可進行與以往技術的行動電話相同 的通訊。但是,與習知的行動電話相比較,極爲小型化及 輕量化。 其次,說明本實施形態之攜帶型資訊機器110的構成 〇 如圖15所示,該攜帶型資訊機器110是具備:壓電振 動子1、及用以供給電力的電源部111。電源部111是由例 -27- 201034375 如鋰二次電池所構成。在該電源部111是並聯連接有:進 行各種控制的控制部112、進行時刻等之計數的計時部113 、進行與外部的通訊的通訊部114、顯示各種資訊的顯示 部115、及檢測各個功能部的電壓的電壓檢測部116。然後 ,可藉由電源部111來對各功能部供給電力。 控制部112是在於控制各功能部’而進行聲音資料之 送訊及收訊、目前時刻的計測或顯示等、系統整體的動作 控制。又,控制部112是具備:預先被寫入程式的ROM、 0 讀出被寫入ROM的程式而執行的CPU、及作爲CPU的工作 區(work area)使用的RAM等。 計時部113是具備:內建振盪電路、暫存器電路、計 數器電路及介面電路等之積體電路、及壓電振動子1。若 對壓電振動子1施加電壓,則壓電振動片7會振動,該振動 藉由壓電振動片7所具有的壓電特性來轉換成電氣訊號’ 作爲電氣訊號而被輸入至振盪電路。振盪電路的輸出是被 二値化,藉由暫存器電路與計數器電路加以計數。然後, © 經由介面電路,與控制部112進行訊號的送訊收訊,在顯 示部115顯示目前時刻或目前日期或日曆資訊等。 通訊部114是具有與以往的行動電話同樣的功能,具 備:無線部117、聲音處理部118、切換部119、放大部120 、聲音輸出入部121、電話號碼輸入部122、來訊聲音發生 部1 23及呼叫控制記憶體部i 24。 無線部U7是將聲音資料等各種資料經由天線125來與 基地台進行送訊收訊的處理。聲音處理部U8是將由無線 -28- 201034375 部1 17或放大部120所被輸入的聲音訊號進行編碼化及解碼 化。放大部120是將由聲音處理部118或聲音輸出入部121 所被輸入的訊號放大至預定的位準。聲音輸出入部121是 由揚聲器或麥克風等所構成,將來訊聲音或接電話聲音擴 音或將聲音集音。 又,來訊聲音發生部123是按照來自基地台的叫出而 生成來訊聲音。切換部119是限於來訊時,將與聲音處理 參 部118相連接的放大部120切換成來訊聲音發生部123,藉 此將在來訊聲音發生部123所生成的來訊聲音經由放大部 120而被輸出至聲音輸出入部121。 另外,呼叫控制記億體部1 24是儲存通訊的出發和到 達呼叫控制的程式。又,電話號碼輸入部122是具備例如 由〇至9之號碼按鍵及其他按鍵,藉由按下該等號碼按鍵等 來輸入通話對方的電話號碼等。 電壓檢測部1 16是在藉由電源部1 1 1來對控制部1 12等 # 各功能部施加的電壓低於預定値時,檢測其電壓降下且通 知控制部112。此時之預定電壓値是作爲用以使通訊部II4 安定動作所必要之最低限度的電壓而預先被設定的値,例 如爲3V左右。從電壓檢測部n6接到電壓降下的通知之控 制部11 2會禁止無線部117、聲音處理部118、切換部11 9及 來訊聲音發生部123的動作。特別是消耗電力較大之無線 部117的動作停止爲必須。更在顯示部n5顯示通訊部114 因電池餘量不足而無法使用的內容。 亦即,藉由電壓檢測部1 1 6與控制部1 1 2,可禁止通訊 -29- 201034375 部114的動作,且將其內容顯示於顯示部115 °該顯示可爲 文字訊息’但以更爲直覺式的顯示而言’亦可在顯示部 115的顯示面的上部所顯示的電話圖像(icon)標註x (叉 叉)符號。 另外,通訊部II4的功能的部分的電源爲具備可選擇 性遮斷的電源遮斷部126 ’藉此可更確實地停止通訊部114 的功能。 如上述般,若利用本實施形態的攜帶資訊機器HO’ Q 則因爲具備被低成本化的壓電振動子1 ’所以擴帶資訊機 器110本身也被低成本化。 (電波時鐘) 其次,參照圖16來說明有關本發明的電波時鐘之一實 施形態。 圖16是表示具有上述壓電振動子1之電波時鐘的構成 圖。 ❹ 如圖16所示,本實施形態的電波時鐘130是具備被電 性連接至濾波器部131的壓電振動子1者’爲具備接收包含 時鐘資訊的標準電波來自動修正成正確的時刻而顯示之功 能的時鐘。 在曰本國內是在福島縣(40kHz)及佐賀縣(60kHz) 具有用以傳送標準電波的送訊所(送訊局)’分別傳送標 準電波。40kHz或60kHz之類的長波是一併具有在地表傳播 的性質、及一面反射一面在電離層與地表傳播的性質’因 -30- 201034375 此傳播範圍廣,以上述2個送訊所將日本國內全部網羅。 以下,參照16詳細説明有關電波時鐘130之功能的構 成。 天線132是接收40kHz或60kHz之長波的標準電波。長 波的標準電波是將被稱爲時間碼的時刻資訊,在40kHz或 60kHz的載波施加AM調變者。所接收到之長波的標準電波 是藉由放大器133予以放大,藉由具有複數壓電振動子1的 φ 濾波器部131予以濾波、同調。 本實施形態的壓電振動子1是分別具備具有與上述載 波頻率相同之40kHz及60kHz的共振頻率的壓電振動子部 134、 135° 此外,經濾波的預定頻率的訊號是藉由檢波、整流電 路136來予以檢波解調。接著,經由波形整形電路137來取 出時間碼,以CPU 1 3 8予以計數。在CPU 1 3 8中是讀取目前 的年分、估算日、星期、時刻等資訊。所被讀取的資訊是 # 反映在RTC139而顯示正確的時刻資訊。 載波爲40kHz或60kHz,因此壓電振動子部134、135是 以具有上述音叉型構造的振動子較爲適合。 另外,上述說明是以日本國內爲例加以顯示,但是長 波之標準電波的頻率在海外並不相同。例如,在德國是使 用77.5 KHz的標準電波。因此,將即使在海外也可對應的 電波時鐘130組裝於攜帶式機器時,是另外需要與日本的 情況相異的頻率的壓電振動子1。 如上述般,若利用本實施形態的電波時鐘1 3 0,則因 -31 - 201034375 爲具備被低成本化的壓電振動子1,所以電波時鐘130本身 也被低成本化。 另外,本發明的技術範圍並非限於上述實施形態,可 在不脫離本發明的主旨範圍中施加各種的變更。 並且,在上述各實施形態是舉一在振動腕部10' 11的 兩面形成有溝部18之附溝的壓電振動片7爲例來說明壓電 振動片7的一例,但即使是無溝部18的型態的壓電振動片 也無妨。但,藉由形成溝部18,在使預定的電壓施加於一 ❿ 對的激發電極15時,可提高一對的激發電極15間的電場效 率,因此可更抑制振動損失而使振動特性更爲提升。亦即 ,可更降低CI値(Crystal Impedance),進而能夠謀求壓 電振動片7的更高性能化。基於此點,較理想是形成溝部 18° 又,上述各實施形態是舉音叉型的壓電振動片7爲例 來進行説明,但並非限於音叉型。例如,即使爲厚度切變 振動片也無妨。 〇 又,上述實施形態是藉由在基底基板3設置凹部3a來 形成空腔C,但並非限於此,亦可例如藉由在蓋體基板2設 置凹部來形成空腔C,或在兩基板2、3設置凹部來形成空 腔C。 又,上述實施形態是在蓋體基板2安裝壓電振動片7’ 在基底基板3形成外部電極8、9者,但並非限於此’即使 安裝有壓電振動片7的基板與形成有外部電極8、9的基板 爲同一亦可。 -32- 201034375 又,上述實施形態是在蓋體基板2形成有接合膜35者 ,但並非限於此,亦可在基底基板3形成接合膜,或在兩 基板2、3形成接合膜。 又,上述實施形態是藉由金凸塊B來將壓電振動片7接 合於拉出電極5、6者,但並非限於利用金凸塊B者。 又,上述實施形態是在接合工程中將接合溫度T設爲 3 00°C,但並非限於此。但,接合溫度T較理想是3 00°C以上 φ 。又,接合溫度T是在使用水晶作爲壓電振動片7時,再高 也最好比水晶的壓電性的轉移點之相轉移溫度低。 又,上述實施形態是依安裝工程(S40 )、投入工程 (S45)、加熱工程(S50)、減壓工程(S60)的順序來 製造壓電振動子1者,但並非限於此。只要投入工程(S45 )及加熱工程(S50)是在安裝工程(S40)後被實施即可 ’又’只要減壓工程(S60 )是在投入工程(S45 )後被實 施即可。例如’亦可以安裝工程(S40)、加熱工程(S50 〇 )、投入工程(S45)、減壓工程(S60)的順序來製造壓 電振動子’或以安裝工程(S40)、投入工程(S45)、減 壓工程(S60)、加熱工程(S50)的順序來製造壓電振動 子。 又,即使投入工程(S45)、加熱工程(S50)及減壓 工程(S60)不實施也無妨。 其他’可在不脫離本發明的主旨範圔,將上述實施形 態的構成要素適當地置換成周知的構成要素,且亦可適當 地組合上述的變形例。 -33- 201034375 【圖式簡單說明】 圖1是表示本發明的壓電振動子之一實施形態的外觀 立體圖。 圖2是圖1所示的壓電振動子的縱剖面圖。 圖3是構成圖1所示的壓電振動子的壓電振動片的上面 圖。 圖4是圖3所示的壓電振動片的下面圖。 @ 圖5是圖3所示的剖面箭號A-A圖。 圖6是圖1所示的壓電振動子的内部構成圖’由下方來 看只形成有拉出電極的蓋體基板的圖。 圖7是圖1所示的壓電振動子的内部構成圖,由下方來 看蓋體基板的圖。 圖8是製造圖1所示的壓電振動子的製造方法的流程圖 〇 圖9是利用於本發明的壓電振動子的製造方法之基底 ◎ 基板用晶圓的平面圖。 圖10是表示沿著圖8所示的流程圖來製造壓電振動子 時之一工程的圖,顯示在基底基板用晶圓形成凹部及通孔 的狀態的部分擴大圖。 圖11是沿著圖8所示的流程圖來製造壓電振動子時之 一工程的圖,顯示在蓋體基板用晶圓形成拉出電極及接合 膜的狀態的部分擴大圖。 圖12是表示沿著圖8所示的流程圖來製造壓電振動子 -34- 201034375 時之一工程的圖,顯示在真空室内投入基底基板用晶圓及 蓋體基板用晶圓的狀態的圖。 圖13是表示沿著圖8所示的流程圖來製造壓電振動子 時之一工程的圖,顯示在真空室内接合基底基板用晶圓及 蓋體基板用晶圓的狀態的圖。 圖14是表示本發明的振盪器之一實施形態的構成圖。 圖15是表示本發明的電子機器之一實施形態的構成圖 〇 圖16是表示本發明的電波時鐘之一實施形態的構成圖 【主要元件符號說明】 1 :壓電振動子 2:蓋體基板(第1基板) 3 :基底基板(第2基板) ❹ 4 :封裝 5、6 :拉出電極 7 :壓電振動片 8、9 :外部電極 35 :接合膜 40 :蓋體基板用晶圓(第1基板) 50 :基底基板用晶圓(第2基板) 100 :振盪器 101 :振盪器的積體電路 -35- 201034375 110:攜帶資訊機器(電子機器) 113:電子機器的計時部 1 30 :電波時鐘 131:電波時鐘的濾波器部 B :金凸塊 C :空腔 T :接合溫度 V :真空室 -36-
Claims (1)
- 201034375 七、申請專利範圍: 1·—種壓電振動子的製造方法,該壓電振動子係具備 封裝,其係以第1基板與第2基板能夠在之間形成空腔 的方式疊合而構成; 拉出電極’其係於上述第1基板,以能夠從上述空腔 内拉出至上述第1基板的外緣之方式形成; φ 壓電振動片’其係被密封於上述空腔内,且在上述空 腔内電性連接至上述拉出電極; 外部電極,其係形成於上述封裝的外表面,在上述空 腔的外部電性連接至上述拉出電極, 其特徵係具備: 接合膜形成工程,其係於上述第1基板與上述第2基板 的至少一方’以低融點玻璃來形成接合兩基板的接合膜; 安裝工程,其係將上述壓電振動片電性連接至形成於 Ο 上述第1基板的上述拉出電極;及 接合工程,其係一邊將上述接合膜加熱至預定的接合 溫度,一邊以能夠夾入上述接合膜的方式疊合上述第1基 板與上述第2基板,經由上述接合膜來接合兩基板。 2.如申請專利範圍第1項之壓電振動子的製造方法, 其中,在上述安裝工程時’藉由金凸塊來將上述壓電振動 片予以凸塊接合於上述拉出電極。 3 ·如申請專利範圍第1項之壓電振動子的製造方法, 其中,更具備: -37- 201034375 投入工程,其係於上述接合膜形成工程及上述安裝工 程後,將上述第1基板及上述第2基板投入可控制内部的壓 力之真空室; 加熱工程,其係於上述接合膜形成工程及上述安裝工 程後,加熱上述接合膜;及 減壓工程,其係於上述投入工程後,將上述真空室的 内部減壓, 並且,使上述接合工程在上述加熱工程及上述減壓工 _ 程後實施於上述真空室的内部。 4·如申請專利範圍第1項之壓電振動子的製造方法, 其中,上述接合溫度爲300°C以上。 5. —種壓電振動子,係具備: 封裝,其係以第1基板與第2基板能夠在之間形成空腔 的方式疊合而構成; 拉出電極,其係於上述第1基板,以能夠從上述空腔 内拉出至上述第1基板的外緣之方式形成; ^ 壓電振動片,其係被密封於上述空腔内,且在上述空 腔内電性連接至上述拉出電極; 外部電極,其係形成於上述封裝的外表面,在上述空 腔的外部電性連接至上述拉出電極, 其特徵爲:上述第1基板與上述第2基板係經由低融點 玻璃所構成的接合膜來接合。 6. 如申請專利範圍第5項之壓電振動子,其中,上遞 壓電振動片係藉由金凸塊來凸塊接合於上述拉出電極。 -38- 201034375 7.如申請專利範圍第5項之壓電振動子,其中,上述 接合膜係於接合上述第1基板與上述第2基板時被加熱至預 定的接合溫度,且在上述接合之前被加熱至比上述接合溫 度更高溫來形成。 8·—種振盪器,其特徵爲: 如申請專利範圍第5〜7項中的任一項所記載之壓電振 動子係作爲振盪子來電性連接至積體電路。 Ο 9·—種電子機器,其特徵爲: 如申請專利範圍第5〜7項中的任一項所記載之壓電振 動子係被電性連接至計時部。 1〇.—種電波時鐘,其特徵爲: 如申請專利範圍第5〜7項中的任一項所記載之壓電振 動子係被電性連接至濾波器部。 參 -39-
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